4.7. Обратные связи

Для интегральной ШИМ (см. рис. 4.3.1) необходимо синтезировать напряжение U_ОС определенной величины и полярности в момент срабатывания одного из триггеров (в момент подачи E_п к якорю двигателя) длительностью t_и. Полярность U_ОС должна всегда быть противоположной U_у. Один из вариантов схемной реализации этой задачи приведен на рис. 4.7.1.

Рисунок 4.7.1 - Схема формирования U_oc для П-схемы

В интегральной ШИМ мощный каскад работает по несимметричному закону. В интервале времени t_п к двигателю не прикладывается напряжение E_п, так как VT1 и VT4 закрыты, а транзисторы VT1 и VT3 открыты. Тогда в точках схемы 1 и 2 будет напряжение большой величины (близкое к E_п) и схемно реализуется так, чтобы транзисторы VT_буф1 и VT_буф2 были закрыты (U_ОС=0). В момент t_и состояние пары транзисторов мощного каскада VT1 и VT2 или VT3 и VT4 (зависит от полярности U_у) изменится, потенциал соответствующий точки 1 или 2 также понизится до величины

Это напряжение через делитель R₁, R₂или R₄, R₅ должно вызвать переключение соответствующего компаратора (DА1 или DА2) и изменить состояние соответствующего буферного транзистора VT_буф (U_ОС равно +E₂ или –E₃). Расчет и выбор элементов схемы рис. 4.7.1 аналогичен решению подобных задач с коррекцией исходных данных, произведенных в предыдущих разделах курсового проекта(см. разделы 4.1 и 4.2).

Расчет и выбор элементов схемы аналогичен пунктам 4.5 и 4.6. В качестве компараторов выбираем микросхему К554СА3, в качестве логики – К555ЛА7.

Резисторы и образуют стандартную защитную цепь.

Сумма сопротивлений идолжна быть такой, чтоб на них расходовалась применимая с инженерной точки зрения мощность рассеивания. Примем.

Найдем величину :

, (4.7.1)

где - напряжение в точке 1,.

.

Следовательно находим по формуле:

. (4.7.2)

Принимаем стандартные значения сопротивлений: .

В качестве выбираем МЛТ, а в качестве- потенциометр СП3-9.

Резисторы ; резисторыте же, что и резисторыв разделе 5.3.

, мощность резисторов 0,125Вт [6].

Оптопары предназначены для передачи сигналов минимальной мощности т.к. выходной сигнал подается на вход ОУ (раздел 4.4, схема ШИМ) входной ток которых меньше 100 нА, поэтому выбираем оптоэлектронные ключи К249КП1, буферные транзисторыКТ343А.

4.8. Расчет схемы защиты от перегрузок и коротких замыканий

Схема должна организовывать:

1) пусковой режим (по току двигателя). Если I_я = 1,4I_пуск – это пусковой режим;

2) определение необходимого времени ожидания срабатывания защиты (0.55 с);

3) обеспечение гальванической развязки мощного каскада от остальной схемы.

Для П-схемы мощного каскада применяется схемное решение, изображенное на рисунке 4.8.1.

Рисунок 5.8.1 – Схема защиты от длительного пускового режима

Схема должна рассчитываться так, чтобы при компараторDA1 находился в состоянии, обеспечивающем разряд конденсатора C (VТ_опт открыт). При уменьшении (например до) компараторDA1 должен переброситься в противоположное состояние и C будет заряжаться от источника E₂ (VТ_опт закрыт).

Конденсатор разряжается по экспоненциальному закону от величины E₂ до . Этим организуется временная задержка срабатывания защиты. Когда U_c будет меньше напряжения, подаваемого на второй вход компаратора DA2, то на его выходе установится нулевой потенциал, что повлечет срабатывание триггера защиты DD2. Выход последнего должен так подключаться в схему управления мощным каскадом, чтобы все его транзисторы были закрыты.

Триггер предотвращает многократное запускание двигателя, так как после срабатывания схемы конденсатор C повторно заряжается – будет повторный пусковой режим и т.д.

Резисторы идолжны быть такими, чтобы в пусковом режиме на них выделялась мощность:

(4.8.1)

Принимаем стандартное значение сопротивления R₁ = 0.0032 Ом, R₂ = R₁ = 0.0032 Ом.

Найдем, при котором обеспечивается переключение компаратораDA1:

(4.8.2)

Такое же напряжение должно подаваться на второй вход компаратора DA1. При этом необходимо обеспечивать, чтобы

для кремниевых диодов). (4.8.3)

Применение делителя R1, R2, R4 облегчает реализацию выполнения этого неравенства, т.к. в этом случае уже необходимо применение скорректированного уравнения:

(4.8.4)

а на второй вход компаратора DA1 организуется подача напряжения . Кроме того, резистори будет защищать диоды VD5 и VD6 от пускового тока. Отсюда:

(4.8.5)

Выбираем стандартное .

Сопротивление резистора R12, рассчитываем по следующей формуле:

(4.8.6)

где:

∆t – время срабатывания защиты (∆t = 0.55с);

U_нач = 5В;

U_кон – напряжение при котором срабатывает компаратор DA2, U_кон ≥ 0.6U_нач = 0,65 = 3В;

U_ = U_{ост.ОПТ} = 1.5 В;

С= 1мкФ.

Принимаем ближайшее стандартное значение R₁₂ = 0.75 МОм.

Зададимся величиной резистора R₁₁ = 200 Ом. Рассчитаем максимальный ток оптопары:

(4.8.7)

Выбираем оптопару АОТ162В, со следующими параметрами:

Uобр, В	Uк, В	Iвх, мА	Iвых, мА
3.5	80	25	10

Учитывая параметры оптопары, выбираем транзистор VT_буф КТ3108А со следующими параметрами:

• максимально допустимый постоянный ток коллектора I_{К max}= 200мА;

• напряжение насыщения коллектор-эмиттер U_{КЭ нас} = 0.6 В;

• коэффициент передачи h_21Э = 100;

• ток базы I_б = 0.2 мА.

Сопротивление R₇, R₈, R₉, R₁₀ рассчитываются по методике раздела 5.3:

R₉ = 6,2 Ом; R₈ = 300 Ом; R₇ = 620 Ом.

Выходной ток DD1:

(4.8.8)

В качестве DD1 возьмем микросхему К155ЛА6 (4И-НЕ).

В качестве DA1, DA2 возьмем микросхему К554СА3 [1].

Резисторы R₆, R₁₆ принимаем: R₆ = R₁₆ = 3,3 кОм.

Аналогичным образом строится схема защиты от КЗ с током срабатывания 1,2. При этом в схему вводится ещё одна цепочкаDA1-DA2. U_R3 найдём по формуле 11.2 :

U_R3 =0.18 В.

При этом напряжении происходит срабатывание компаратора и обеспечивается защита от КЗ. Все остальные номиналы оставлены без изменений. Полная схема защиты приведена на чертеже.

U_R5 = 0.122 В.

Защита от КЗ выполнена по аналогичной схеме, из неё удалён лишь элемент задержки С, DA2.

Для суммирования сигналов от элементов защиты применена схема на логических элементах (рисунок 4.8.2).

Рисунок 4.8.2 – Схема на логических элементах

При расчете необходимо принять, что срабатывание защиты происходит при I >KIпуск, где К >(1,1–1,5).

Опишем работу схемы: сигнал защиты поступает на входы 1, или 2, инвертируется и поступает на логический элемент «ИЛИ». При срабатывании любой из схем защит на выходе элемента DD2 формируется логический 0, который запрещает прохождение управляющих импульсов и закрывает ключевые транзисторы через элементы DD1, DD3.